Как устроены вирусы и чем они опасны

Бактерии

Это одноклеточные организмы, которые не имеют ядра, окруженного собственной мембраной, то есть являются прокариотами. Они обладают всего лишь одной хромосомой, которая располагается в так называемой ядерной зоне. Клетки бактерий имеют микроскопические размеры (0,0005— 0,005 мм), в них отсутствуют многие органеллы, характерные для эукариот.

Жгутиковые бактерии различаются по числу, размеру и расположению жгутиков

Форма бактерий довольно разнообразна, они бывают палочковидными (бациллы), шарообразными (кокки), извитыми (вибрионы), спиралеобразными (спирохеты). Некоторые бактериальные клетки объединяются в колонии, а некоторые из них способны к движению с помощью жгутика.

Бактерии обладают способностью к стремительному размножению. В среднем бактерия делится надвое через каждые 20—30 минут, и уже через 6 часов от одной бактерии может образоваться 250 тыс. дочерних. Миллиарды бактерий присутствуют в воздухе, воде, почве, внутри растительных и животных организмов, бактерии живут даже в горячих источниках. Ветер и вода могут переносить бактерии на большие расстояния. В неблагоприятных условиях внутренняя часть клетки бактерии превращается в спору с толстой оболочкой, устойчивую к высоким температурам, отсутствию кислорода и высушиванию. В таком состоянии споры сохраняются в течение многих лет.

Одни стрептококки вызывают процесс брожения, другие — ангину или нагноения

Бактерии играют важнейшую роль в круговороте веществ в природе, в процессах почвообразования, некоторые виды бактерий живут в пищеварительной системе животных и человека, принимая активнейшее участие в процессах пищеварения. Однако среди бактерий немало очень вредных и опасных для человека микроорганизмов, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний, среди которых дизентерия, брюшной тиф, холера, чума, сибирская язва.

Почему вирусы называются фильтрующимися?

Первооткрывателем мира вирусов был русский ботаник Д. И. Ивановский. В 1891—1892 гг. он настойчиво искал возбудителя мозаичной болезни табака. Ученый исследовал жидкость, полученную при растирании больных листьев табака. Процеживал ее сквозь бактериальные фильтры, которые не должны были пропустить ни одной бактерии. Терпеливо накачивал Ивановский сок, взятый из листьев табака, больного мозаикой, в полые бактериальные фильтры из мелкопористого фарфора, напоминающие длинные свечи. Стенки фильтра пропотевали прозрачными капельками, стекавшими в заранее простерилизованный сосуд. Легким втиранием ученый наносил на поверхность табачного листа капельку такого профильтрованного сока. Через 7—10 дней у здоровых до этого растений появились несомненные признаки мозаичной болезни. Капелька профильтрованного сока от зараженного растения поражала мозаичной болезнью любой другой куст табака. Заражение могло переходить от растения к растению без конца, как пламя с одной соломенной крыши на другую.

В дальнейшем удалось установить, что и многие другие вирусные возбудители заразных болезней человека, животных и растений способны проходить через бактериальные фильтры. Следовательно, они были меньше самых мельчайших существ — бактерий, их нельзя было разглядеть даже через самые усовершенствованные световые микроскопы. Не сумев их разглядеть, Д. И. Ивановский на основании своих опытов сделал совершенно правильный вывод, что вирусы представляют собой твердые частицы, а не жидкость, как думали другие ученые.

Частицы различных вирусов смогли увидеть через много лет, когда был создан электронный микроскоп. Через окошечко электронного микроскопа, дающего увеличение в сотни тысяч раз, удалось разглядеть форму вирусных частиц и определить их размеры.

Оказалось, что ширина самой маленькой бактерии в 50 раз больше ширины палочковидной частицы вируса мозаики табака. Диаметр шарообразного вируса ящура не превышает 0,01 мкм, а сам-то микрометр — это ведь 0,001 мм! Диаметр частицы вируса гриппа приблизительно в 10 раз больше диаметра частицы вируса ящура.

Теперь известно более 300 вирусных заболеваний человека и животных и столько же вирусных заболеваний растений. Все они широко распространены на земном шаре. Статистика показывает, что с 1929 по 1934 г. на нашей планете вирусными болезнями — гриппом, корью, полиомиелитом и оспой — болело свыше 25 млн. человек. За это же время бактериальными болезнями — брюшным тифом, дизентерией, дифтерией, коклюшем — болело всего 4 млн. По данным мировой статистики за 1961 г., гриппом, корью и инфекционным гепатитом в странах Европы переболело в пять раз больше людей, чем дифтерией, коклюшем, тифами, дизентерией и другими бактериальными болезнями, вместе взятыми.

Есть вирусы, которые поражают бактерий,— это так называемые бактериофаги. Некоторые из них имеют форму головки с хвостиком. Частички бактериофага внедряются в бактериальную клетку, разрушают ее, а сами при этом быстро репродуцируются — умножаются.

Бактериофаги могут применяться для защиты от заразных заболеваний. Дизентерийному больному, например, дают пить жидкость, в которой есть противодизентерийные бактериофаги, уничтожающие дизентерийные палочки в кишечнике. Иногда особые бактериофаги разрушают полезные молочнокислые бактерии и тем самым причиняют немало хлопот на заводах, производящих молочнокислые продукты.

Вирусы

Вирусы представляют собой неклеточную форму жизни. Они намного мельче бактерий, поэтому их удалось обнаружить лишь в конце XIX в. Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), покрытой оболочкой, у них нет собственного обмена веществ, вне клеток других организмов они безжизненны. Однако, встретившись с восприимчивой к вирусу клеткой, вирус проникает через ее оболочку и подчиняет себе ее обмен веществ, заставляя продуцировать новые вирусные частицы. Очень скоро зараженная клетка погибает, а размножившиеся вирусы разносятся по всему организму, поражая всё новые клетки.

Так выглядит под микроскопом вирус мозаичной болезни табака

Известно более 400 вирусов, вызывающих заболевания растений, животных и человека, среди которых ветряная оспа, краснуха, бешенство, полиомиелит. Вирусы определенной разновидности поражают определенные организмы и органы. Не все вирусы одинаково опасны, некоторые из них заражают только животных, но безвредны для человека, и наоборот. Как все организмы, вирусы могут претерпевать мутации, в результате которых образуются новые формы, устойчивые к реакциям организма. Ярким примером является вирус гриппа: известно несколько десятков его разновидностей, появляющихся каждый год и вызывающих эпидемии.

Клетки иммунной системы человека вырабатывают антитела против вирусов и интерферон — белок, подавляющий их размножение. Некоторые вирусные заболевания можно предотвратить с помощью вакцинации: в здоровый организм вводится вакцина (препарат, содержащий небольшую дозу вирусов, безопасную для организма) и иммунная система начинает вырабатывать антитела. Оставаясь в крови, антитела препятствуют повторному заболеванию. Однако в мире распространены и такие вирусы, против которых до сих пор не найдены эффективные лекарства. Среди них — ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), вирусы атипичной пневмонии, птичьего гриппа и т. д.

Дмитрий Иосифович Ивановский (1864—1920) — русский физиолог растений и микробиолог, первооткрыватель вирусов. Занимаясь поисками возбудителя мозаичной болезни табака, он прокачивал сок из листьев больного растения через специальные фильтры, не пропускающие бактерий. Однако и этот сок заражал другие растения табака. Так было установлено существование инфекционных агентов, меньших, чем бактерии. Впоследствии их назвали вирусами (от лат. «вирус» — «яд»), но увидеть их удалось только после изобретения электронного микроскопа.

Поделиться ссылкой

Кристаллизация

В 1932 году молодому американскому биохимику Вендиллу Стэнли предложили заняться вирусами. Стэнли начал с того, что отжал бутыль сока из тонны листьев табака, пораженных вирусом табачной мозаики. Он начал исследовать сок доступными ему химическими методами. Разные фракции сока он подвергал воздействию всевозможных реактивов, надеясь получить чистый вирусный белок (Стэнли был убеждён, что вирус — это белок). Однажды, Стэнли получил почти чистую фракцию белка, отличавшегося по своему составу от белков растительных клеток. Учёный понял, что перед ним то, чего он так упорно добивался. Стэнли выделил необыкновенный белок, растворил его в воде и поставил раствор в холодильник. Наутро в колбе вместо прозрачной жидкости лежали красивые шелковистые игольчатые кристаллы. Из тонны листьев Стэнли добыл столовую ложку таких кристаллов. Затем Стэнли отсыпал немного кристалликов, растворил их в воде, смочил этой водой марлю и ею натёр листья здоровых растений. Сок растений подвергся целому комплексу химических воздействий. После такой «массированной обработки» вирусы, скорее всего, должны были погибнуть.

Натёртые листья заболели. Итак, странные свойства вируса пополнились ещё одним — способностью кристаллизироваться.

Эффект кристаллизации был настолько ошеломляющим, что Стенли надолго отказался от мысли, что вирус — это существо. Так как все ферменты — белки, и количество многих ферментов также увеличивается по мере развития организма, и они могут кристаллизироваться, Стэнли заключил, что вирусы — чистые белки, скорее ферменты.

Вскоре учёные убедились, что кристаллизировать можно не только вирус табачной мозаики, но и ряд других вирусов.

Спустя пять лет английские биохимики Ф. Боуден и Н. Пири нашли ошибку в определении Стенли.94% содержимого вируса табачной мозаики состояло из белка, а 6% представляло собой нуклеиновую кислоту. Вирус был на самом деле не белком, а нуклеопротеином — соединением белка и нуклеиновой кислоты.

Как только биологам стали доступны электронные микроскопы, учёные установили, что кристаллы вирусов состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц. В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли. Когда же удалось рассмотреть в электронном микроскопе отдельные вирусные частицы, то оказалось что они бывают разной формы но всегда наружная оболочка вирусов состоит из белка, которые отличаются у разных вирусов, что позволяет распознавать их с помощью иммунологических реакций, а внутреннее содержимое представлено нуклеиновой кислотой, которая является единицей наследственности.

Что такое вирус

Вирус — это субмикроскопическая частица, которая распространяет инфекцию внутри клеток живых организмов: животных, растений, человека, грибов и даже бактерий.

Вирусы часто путают с бактериями. Их объединяет то, что они являются патогенами различных заболеваний. Однако вирусы в отличие от бактерий — это неклеточная форма жизни, и по размеру они примерно в сто раз меньше (20–400 нм).

Можно ли считать вирус живым организмом? Скорее нет, чем да. С одной стороны, вне хозяина он не подает никаких признаков жизни и не способен к самовоспроизведению. Он не накапливает и не производит энергию, а также не поддерживает внутреннюю среду, потому что ее просто нет. С другой стороны, вирус эволюционирует, мутирует и размножается, передает генетическую информацию следующим поколениям, что является свойствами живого организма.

Вирусы не похожи друг на друга. Они могут иметь форму сферы, спирали, представлять собой сложное ассиметричное сплетение и т.п. Например, форма вируса бешенства внешне напоминает пулю, а Эбола имеет нитевидную форму.

Как выглядят вирусы.

(Фото: iStock / Vikivector)

Как работают вирусы и чем они опасны

В организм человека вирус попадает через кровь, слизистую рта и носа, пищевод, микротравмы на поверхности кожи.

Как происходит заражение? Генетический материал вируса встраивается внутрь клетки и затрагивает самые важные ее фрагменты. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она превращается в «вирусную фабрику». Этот процесс биологи называют репликацией. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина. В результате вирус мутирует и повышает свою выживаемость. Когда процесс репликации налажен, то есть инфицированная клетка производит геном вируса, сама вирусная частица отпочковывается и идет заражать новые клетки.

Индустрия 4.0

Бактериофаги: как вирусы бактерий могут стать лекарствами будущего

Большинство вирусов выбирают определенную мишень в живом организме. Вирус гепатита прикрепляется к клеткам печени. Вирус полиомиелита поражает двигательные нейроны спинного мозга. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) избирает целый ряд клеток иммунной системы. Против него наша иммунная система не может выстоять в 100% случаев заражения. Вместо того чтобы вырабатывать антитела, иммунная система начинает помогать вирусу. Пока у ученых нет точного ответа, почему так происходит. Есть версия, что этот феномен связан с тем, что в нашем геноме есть эндогенные ретровирусы. Это последовательности ДНК, полученные от вирусов, которые заражали наших древних предков. Эти генетические элементы составляют около 8% нашего генома и произошли от предков современных ретровирусов, таких как ВИЧ. Ретровирусы — это класс вирусов, которые превращают в своем геноме РНК в ДНК, а обычные клетки наоборот — из ДНК в РНК.

Вирусы быстро меняются. Любая их мутация сохраняется в геноме, что помогает им быстро эволюционировать. К тому же вирусы имеют короткий жизненный цикл. Эти факторы мешают анализировать геном вирусов, а значит затрудняют борьбу с ними.